CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ 1. Năng lượng gió Gió được hình thành từ sự dịch chuyển các khối không khí từ nơi có nhiệt độ, áp suất cao sang nơi có nhiệt độ và áp suất thấp do sự chênh lệch về nhiệt độ và áp suất [31].
Bức xạ Mặt Trời chiếu xuống bề mặt Trái Đất không đồng đều làm cho nhiệt độ và áp suất không khí tại các vùng trên Trái Đất là khác nhau như giữa xích đạo và hai cực hay giữa mặt ban ngày và mặt ban đêm của Trái Đất. Trái Đất xoay tròn cũng góp phần vào việc làm xoáy không khí và vì trục quay của Trái Đất nghiêng (so với mặt phẳng do quỹ đạo Trái Đất tạo thành khi quay quanh Mặt Trời) nên cũng tạo thành các dòng không khí theo mùa. Ngoài ra, do bị ảnh hưởng của hiệu ứng Coriolis nên không khí đi từ vùng áp cao đến vùng áp thấp không chuyển động thẳng mà tạo thành các cơn gió xoáy có chiều xoáy khác nhau giữa Bắc bán cầu và Nam bán cầu [31]. Năng lượng gió là động năng của không khí di chuyển trong bầu khí quyển Trái Đất.
Năng lượng gió là một hình thức gián tiếp của năng lượng mặt trời [10]. Ứng dụng năng lượng gió trên Thế giới Năng lượng của gió được nhận biết thông qua các hiện tượng cụ thể như làm diều bay lên, lay cây cối, làm dịch chuyển thuyền buồm, làm quay cối xay gió… Sử dụng năng lượng gió là một trong các cách lấy năng lượng xa xưa nhất từ môi trường tự nhiên. Năng lượng gió đã được con người phát hiện và ứng dụng rất sớm trong việc thay thế cho sức lao động của con người [12]. Sự ra đời của những chiếc cối xay gió đánh dấu bước phát triển đầu tiên trong ứng dụng năng lượng gió, chuyển đổi từ động năng của gió thành cơ năng để phục vụ cho việc xay ngũ cốc và bơm nước.
Công nghệ khoa học kĩ thuật ngày càng phát triển và nhu cầu năng lượng ngày càng tăng lên, do đó hướng nghiên cứu năng lượng tái tạo, trong đó có năng 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com lượng gió được chú trọng. Những nghiên cứu về năng lượng gió đã hình thành và phát triển, đưa ra nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như kinh tế, du lịch, chính trị… Ngày nay, ứng dụng được quan tâm nhiều của năng lượng gió là sản xuất điện gió, đặc biệt là từ sau cuộc khủng hoảng dầu lửa thập niên 70 thế kỉ 20. Hình 1: Tổng công suất lắp đặt điện gió trên thế giới giai đoạn 2001-2016 [23] Theo báo cáo Năng lượng gió thế giới năm 2016 của Hội đồng năng lượng gió toàn cầu (GWEC- Global Wind Energy Council), tính đến cuối năm 2016, tổng công suất lắp đặt điện gió trên toàn thế giới là 486,79GW, liên tục tăng nhanh qua các năm (hình 1). Công suất lắp đặt mới điện gió luôn đạt trên 35.000MW từ năm 2009, đặc biệt trong năm 2015, công suất lắp đặt mới lên tới 63.
Hình 2: Công suất lắp đặt điện gió mới trên thế giới từ 2001 đến 2016 [23] 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bảng 1: Danh sách 10 quốc gia đứng đầu về tổng công suất lắp đặt trên thế giới [26] Tổng SCLĐ đến tháng Tổng CSLĐ mới so với STT Quốc gia 12/2016 năm 2016 1 Trung Quốc 168.612 5 Tây Ban Nha 23.257 - Hình 3: Danh sách 10 quốc gia có tổng công suất lắp đặt (phải) và công suất lắp đặt mới (trái) về điện gió cao nhất thế giới năm 2016 [26] Danh sách nhóm 10 quốc gia dẫn đầu về tổng công suất lắp đặt cũng như công suất lắp đặt mới trong năm 2016 được thể hiện ở bảng 1 và hình 3.Từ năm 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2009, Trung Quốc luôn là quốc gia dẫn đầu về tổng công suất lắp đặt điện gió trên thế giới. Riêng năm 2016, công suất lắp đặt mới của Trung Quốc là 23.370MW, đưa tổng công suất lắp đặt lên 168. Đáng chú ý là trong năm 2016, Hà Lan và Thổ Nhĩ Kì tuy không nằm trong nhóm 10 nước đứng đầu về tổng công suất lắp đặt điện gió nhưng hai quốc gia lại tập trung đầu tư vào phát triển điện gió, với tổng công suất lắp đặt mới đứng thứ 5,6 trên thế giới. KHÁI QUÁT NGHIÊN CỨU TIỀM NĂNG NĂNG LƯỢNG GIÓ Bước đầu tiên trong việc phát triển dự án năng lượng gió ở một khu vực cụ thể là đánh giá tiềm năng năng lượng gió, đòi hỏi thông tin về tốc độ gió của khu vực đó [6].
Trên toàn thế giới, một số phương pháp đã được áp dụng để ước tính tốc độ gió bao gồm các phương pháp dựa trên phân tích dữ liệu thống kê [15], mô hình dự báo sử dụng dữ liệu tốc độ gió của các trạm lân cận để ước lượng gió tốc độ của trạm đích [7], quét radar vi sóng ("scatterometer") bằng vệ tinh và mô hình mesoscale trong khí quyển kết hợp với Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS) [27]. Việt Nam nằm trong khu vực gió mùa Đông Nam Á. Trong năm có hai mùa gió khác nhau về bản chất và có hướng thịnh hành trái chiều nhau. Vào thời kỳ lạnh các khối không khí có nguồn gốc từ Sibêri tràn xuống phía Nam, khi xâm nhập vào lãnh thổ nước ta gây ra gió mùa Đông Bắc với hướng gió thịnh hành bắc - đông bắc [18].Vào thời kỳ nóng, những khối không khí có nguồn gốc xích đạo từ phương nam thổi lên gây ra gió mùa Tây Nam với hướng gió thịnh hành là tây nam ở Nam Bộ và Nam Trung Bộ, sau khi vòng qua biển thổi tới Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ gió lệch sang hướng đông nam.
Căn cứ vào tần suất xâm nhập của hai hệ thống hoàn lưu này vào các thời gian trong năm, có thể phân chia ra gió mùa đông hay gió mùa Đông Bắc (từ tháng 10 đến tháng 4 năm sau), gió mùa hạ hay gió mùa Tây Nam (từ tháng 5 đến tháng 9) [21]. Với cơ chế hoàn lưu đó, việc nghiên cứu về tiềm năng năng lượng gió nhằm cung cấp những thông tin thiết yếu cho các nhà đầu tư điện gió cũng như các nhà quy hoạch điện gió là vô cùng quan trọng. 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trong những năm qua, một số nghiên cứu đã được tiến hành để đánh giá tài nguyên năng lượng gió ở Việt Nam. Năm 2000, Ngân hàng Thế giới (WB) đã tiến hành nghiên cứu để xây dựng Bản đồ Tài nguyên Gió cho bốn quốc gia Đông Nam Á bao gồm Campuchia, Lào, Thái Lan và Việt Nam để hỗ trợ phát triển năng lượng gió cho khu vực [8].
Sử dụng mô hình mô phỏng MesoMap, nghiên cứu đã ước tính sơ bộ về tiềm năng năng lượng gió ở độ cao 65m so với mặt đất ở Việt Nam. Hơn 39% tổng diện tích đất của Việt Nam được ước tính có tốc độ gió trung bình năm cao hơn 6m/s (tốc độ gió phù hợp cho hoạt động của các tua-bin gió lớn) ở 65m, tương đương với công suất điện gió là 513,360MW. Tuy nhiên, tiềm năng năng lượng gió của Việt Nam có thể bị đánh giá quá cao do mức độ không chắc chắn của mô hình, và thực tế địa hình khả thi để thi công [22]. Năm 2007, Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) đã tiến hành nghiên cứu đánh giá nguồn năng lượng gió cho phát triển điện gió [32].
Nghiên cứu tiến hành đo tốc độ gió ở độ cao 60m tại nhiều địa điểm nằm ở các tỉnh khác nhau của ba miền Việt Nam. Trong ba khu vực, bờ biển miền Trung được đánh giá là có tiềm năng năng lượng gió lớn nhất, tiếp theo là duyên hải Nam trung bộ. Tuy nhiên, tiềm năng chỉ là con số ước tính do quy mô của nghiên cứu chỉ tập trung vào một số địa điểm hạn chế. Theo nhóm nghiên cứu của Tạ Văn Đa và nnk (2007)[8,15] cho thấy: Ở mặt đất, tiềm năng năng lượng gió của Việt Nam nhìn chung nhỏ.
Trên phần lớn lãnh thổ tổng năng lượng gió cả năm không vượt quá 200Kwh/m2. Chỉ trên các hải đảo, các vị trí nằm sát biển và trên các núi cao mới có tiềm năng khả quan. Ở các độ cao lớn, nhiều vùng trên lãnh thổ có tiềm năng rất phong phú. Chẳng hạn, tại độ cao 60m trên mặt đất, Bắc Bộ là vùng nghèo năng lượng thì nhiều nơi đã có tổng năng lượng năm lớn hơn 600Kwh/m2.
Giá trị hơn 1000Kwh/m2 năm có thể thấy trên khu vực tương đối rộng của Hoàng Liên Sơn, cao nguyên Mộc Châu, phần phía đông tỉnh Lạng Sơn kéo dài theo biên giới Quảng Ninh, duyên hải và phần đồng bằng kế tiếp của Hải Phòng, Thái Bình, Nam Định, Ninh Bình,. Trên 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com bờ biển Bắc Bộ, nhiều nơi tổng năng lượng năm có thể đạt tới 1300Kwh/m2. Ở Trung Bộ, tổng năng lượng năm lớn hơn 900Kwh/m2 có trên dải bờ biển hẹp từ Nghệ An đến các tỉnh khu vực Bình Trị Thiên. Vùng Tây Nguyên có tiềm năng rất phong phú; giá trị tổng năng lượng năm lớn hơn 900Kwh/m2 phân bố trên khoảng nửa diện tích của khu vực này, nhiều nơi tổng năng lượng năm lớn hơn 1400Kwh/m2 như Buôn Ma Thuột, Đà Lạt, Đắc Nông, An Khê,.
đặc biệt vùng có tổng năng lượng năm lớn hơn 1300Kwh/m2 phía nam Tây Nguyên khá rộng lớn kéo dài tới bờ biển Nam Trung Bộ. Duyên hải Nam Bộ có tiềm năng phong phú. Dải duyên hải có tổng năng lượng năm lớn hơn 900Kwh/m2 tương đối rộng. Đặc biệt ở phía tây Nam Bộ, dải năng lượng này nằm khá sâu trong đất liền.
Tại nhiều vị trí ven biển, tổng năng lượng năm tới hơn 1500Kwh/m2. Trên các hải đảo phía đông lãnh thổ, tổng năng lượng năm khoảng 900 1000Kwh/m2 ở gần bờ, tăng lên khi xa bờ, tại Trường Sa là xấp xỉ 5000Kwh/m2 và Bạch Long Vĩ hơn 7000Kwh/m2. Trên các đảo phía nam lãnh thổ, tổng năng lượng năm chỉ 800 1200Kwh/m2[8,19]. Năm 2011, với sự hỗ trợ của WB, Bộ Công thương đã tiến hành một nghiên cứu [6,20] để cập nhật bản đồ Tài nguyên Gió Việt Nam trước đây ở độ cao 80m [9] bằng cách áp dụng một hệ thống mô hình MesoMap tiên tiến với độ phân giải không gian ngang 200m.
Kết quả nghiên cứu cho thấy bờ biển Nam Trung bộ, đặc biệt là các tỉnh Ninh Thuận và Bình Thuận có tiềm năng lớn nhất về tài nguyên gió (Hình 4), chủ yếu là do sự dịch chuyển gió mùa, nhất là vào mùa hè, xung quanh Đông Nam Á. Tốc độ gió trung bình ở độ cao 80m ở những khu vực này được dự báo đạt 6,5-7,5m/s.